これらの単語を入力しているとき、私は指がキーボード上で踊ることを可能にする同期した筋肉の収縮については考えません。 あるいは、スポンジ状のクッションに座っているときに、体をまっすぐに保つために無意識のうちに緊張する背中の筋肉。
私たちの筋肉を当然のことと考えるのは簡単です。 しかし内部では、筋肉細胞が完全に整列して、血管や神経と絡み合った繊維を構築し、私たちが日常生活の中で何も考えずに動き回ることができる生物学的機械を構築しています。
残念ながら、このような正確な細胞配置が、人工筋肉を研究室で再現するのが難しい理由でもあります。 私たちの筋肉は柔らかく、ふにゃふにゃで傷つきやすいにもかかわらず、重い負荷に適応し、外界を感知し、怪我の後に再建するという驚くべき偉業を成し遂げることができます。 これらのスーパーパワーの主な理由は、整列、つまり、筋肉細胞がどのように配向して伸縮性の線維を形成するかにあります。
今、 新しい研究 研究室で製造された筋肉をより良く成長させるための解決策は磁石である可能性があることを示唆しています。 マサチューセッツ工科大学（MIT）のリトゥ・ラマン博士率いる科学者らは、実験皿内で筋細胞の向きを制御する磁性ヒドロゲル「サンドイッチ」を開発した。 磁石の位置を変えることで、筋肉細胞が線維に整列し、まるで体内にいるかのように同期して収縮しました。
全体の取り組みはむしろフランケンシュタインのように聞こえます。 しかし、研究室で培養した組織は、遺伝性疾患や外傷によって筋肉がひどく損傷した人々に移植され、世界を自由に移動できる能力を回復できる日が来るかもしれない。 合成筋肉 コーティングもできます ロボット、人間のような感覚、柔軟な運動制御、避けられない傷や擦り傷の後に治癒する能力を提供します。
ラマンの研究はその方向への一歩を踏み出しました。 彼女のチームは、筋細胞とその環境の間の機械的な力、つまり細胞が組織を組織するために不可欠な関係を再現することに焦点を当てたバイオ製造プラットフォームを構築しました。 しかし、それは単に伸ばす、引っ張る、ひねるなどの物理的な力を模倣するだけではありません。 むしろ、このプラットフォームは、機械的な動きがセル間の通信をどのように変更し、それらの位置を合わせるように指示するかも考慮しています。
カスタム アルゴリズムと併せて、このプラットフォームは基本的に細胞を、自己組織化して押し引きに応答する生きた機能的な生体材料に変えました。 ひいては、このシステムは、筋肉細胞の適応、整列、再生という驚くべき能力にも光を当てることができるかもしれない。
「実験室環境で整列した筋肉を作成できるということは、健康な状態と病気の状態の筋肉を理解し、筋肉の損傷や病気と戦う新しい治療法の開発とテストのためのモデル組織を開発できることを意味します」とラマン教授は記者会見で述べた。
マッスルスルー
ラマンは、生きた細胞を適応性のある生物製造材料として使用することを長い間模索してきました。
XNUMX 年以上前、彼女はエンジニアリングを行いました。 3D プリントされた小さなサイボーグ ボット 光に反応するように遺伝子的に改変された筋肉細胞を使用します。 炎に向かう蛾のように、バイオボットは光線を追った。 驚くべきことに、よく訓練されたアスリートのように、ボットの設計された筋肉は運動するにつれてより柔軟になり、さまざまな課題を乗り越えて操縦したり回転したりできるようになりました。
この結果から研究チームは疑問に思いました。研究室で製造された筋肉が完全に機能するには、組織を「運動」する必要があるのでしょうか?
答えはどうやら「はい」のようです。 先週の研究で、チームはバイオボットの結果を次のように拡張しました。 光活性化筋肉移植片 マウスの後肢の大きな筋肉損傷を修復します。
筋肉移植は新しいものではありませんが、宿主に統合する必要があり、これは多くの場合困難です。 ここで、ラマン移植片を移植したマウスは、わずか XNUMX 週間で完全に運動能力を回復しました。
チーム 青い光の輝くビーム 宿主への移植後に筋肉移植片を強化するための運動療法として、筋肉移植片を毎日使用します。 このトレーニングは移植片を生かし続けるだけでなく、移植片が宿主の体とつながる血管や神経細胞の成長を促すことにもなった。 10日わずかXNUMX分をXNUMX日間続けるだけで、筋力がXNUMX倍に増加しました。
「筋肉移植片を移植した後に運動させると、筋肉が強くなるだけでなく、筋肉が血管や神経などの他の組織とどのように連絡するかにも影響を与えるようです。」 と ラマン。
しかし、疑問は残りました。体外のシャーレの中で運動することで筋繊維を強くできるのでしょうか?
磁気トレーニング
それはおかしなアイデアではありません。 ラマン氏の以前の研究では、30日10分間電気バーストで筋線維をザッピングすると、わずかXNUMX日後に筋線維が強くなることを発見した。
筋肉は脳からの電気信号に反応するように配線されています。 ただし、機械的な力にも敏感であり、実験室で再現するのは困難です。
「一般に、実験室環境で組織を機械的に刺激したい場合、組織の両端を掴んで前後に動かし、組織全体を伸ばしたり圧縮したりすることになる」とラマン氏は会見で述べた。 「しかし、これは私たちの体内で細胞が互いに会話する仕組みを実際に模倣したものではありません。」
MagMA を入力します。 Magnetic Matrix Actuation (はい、一口です) の略称であるこのシステムは、筋肉細胞を取り囲むゲル状の構造を模倣しています。 これは基本的にサンドイッチです。内層は、鉄の微粒子が埋め込まれた磁性シリコンの「詰め物」です。 XNUMX つの「パンのスライス」は、天然タンパク質の成分で作られたヒドロゲルで構成されています。
ペトリ皿の底に追加された MagMA は、筋肉細胞が相互作用するゲル状のマトリックスのように機能しますが、磁気が強化されます。
研究チームは、電気や光と同じように、磁石も筋肉を鍛え、繊維の形成を促すために使用できるかどうかを知りたいと考えていました。
彼らは、MagMA でコーティングされたペトリ皿で筋細胞の層を成長させました。 ペトリ皿上で磁石を滑らせることにより、ヒドロゲル内の磁性粒子が移動し、それによって細胞が機械的に曲げられました。 このシステムは高度に制御可能です。磁石の経路を変更すると、細胞が受ける機械的な力の大きさと方向が変わり、結果として細胞の方向が変わります。
全体として、研究チームは、筋細胞が急速に整列して、きちんと束ねられた筋線維になることを発見しました。 繊維はそれほど強くありませんでしたが、より組織化されました。 対照的に、標準的な培養皿で増殖させた細胞は無秩序に増殖し、隣接する細胞の方向とは異なる筋線維を形成しました。
構造の違いにより筋肉の機能が変化しました。MagMA ハイドロゲルでプログラムされた筋肉細胞は、同期してピクピク動きました。これは、機能的な筋肉を設計する際の重要なニーズです。 MagMAを使用せずに成長したものも同様に動きましたが、各繊維が独自の調子でけいれんし、一種のけいれんを引き起こしました。
「私たちは研究結果に非常に驚きました」とラマン氏は語った。 「これにより、筋肉の形状と機能は本質的に結びついており、形状を制御することが機能の制御に役立つという私たちの理解を裏付けました。」
磁気プラットフォームはまだ初期段階にあります。 チームは現在、筋肉の成長と機能を最大限に刺激するために、磁石の強度やその他のパラメーターを最適化することを検討しています。 彼らはまた、組織工学における他の細胞タイプにもプラットフォームを拡張し、特定の生物製造のニーズに合わせて他の材料を使用してヒドロゲルコンポーネントを調整しています。
研究チームは、筋肉を鍛えることは最初のステップにすぎないと確信している。 私たちは「このプラットフォームは、メカノバイオロジー、再生医療、バイオハイブリッドロボット工学の幅広い基礎研究と橋渡し研究を推進するだろう」と研究者らは研究の中で述べている。
画像クレジット: エラ・マルシュチェンコ
- SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
- PlatoData.Network 垂直生成 Ai。 自分自身に力を与えましょう。 こちらからアクセスしてください。
- プラトアイストリーム。 Web3 インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
- プラトンESG。 カーボン、 クリーンテック、 エネルギー、 環境、 太陽、 廃棄物管理。 こちらからアクセスしてください。
- プラトンヘルス。 バイオテクノロジーと臨床試験のインテリジェンス。 こちらからアクセスしてください。
- 情報源： https://singularityhub.com/2023/10/20/scientists-pump-up-lab-grown-muscles-for-robots-with-a-magnetic-workout/
